'One Toxicology', 'Ecosystem Health' and 'One Health' - IZS

25 downloads 0 Views 288KB Size Report
of brains of the beluga whales of the contaminated region and the brains of the same species from a reference region (47). In parallel, cancers were found at ...
Veterinaria Italiana, 45 (1), 97‐110 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’  Val Beasley, DVM, PhD 

Summary  ‘One  Health’  as  a  discipline  links  human  and  veterinary medicine as co‐equal partners in an  increasingly  efficient  joint  venture  into  health  promotion  and  prioritised  research.  ‘One  Toxicology’  is  proposed  as  a  way  to  reunify  toxicology  as  a  component  of  ‘Ecosystem  Health’  and  the  encompassing  ‘One  Health’.  Ecotoxicology,  which  includes  wild  animal,  plant  and  microbial  communities,  is  a  critical  component  of  ‘Ecosystem  Health’.  ‘One  Toxicology’  is  proposed  to  help  hold  toxicological  sciences  together  and  maintain  intimate  connections  to  medicine  in  general.  ‘One  Toxicology’  is  efficient  because  bio‐ chemical  systems  are  highly  conserved  and,  thus,  when  one  group  of  species  is  at  risk,  other  groups  of  species  are  also  often  at  risk.  Fortunately,  in  the  case  of  toxicological  risk,  problems can be avoided, because humans can  minimise  exposures.  Historically,  human  health  has  benefited  immensely  from  studies  of  the  impacts  of  chemicals  on  laboratory  animals  and  wildlife.  Similarly,  veterinarians  and  wildlife  managers  have  learned  from  careless or accidental poisonings of humans to  protect  the  health  of  both  domestic  and  wild  animals.  Yet,  newly  discovered  emerging  toxicoses  abound,  and  well‐known  toxicoses  persist  –  to  the  detriment  of  all  life  forms,  including  our  own.  Thus,  in  the  ‘One  Toxicology’  of  the  future,  disciplinary  boundaries should more rapidly blur. If this is  done  well,  physicians,  various  public  health  specialists,  veterinarians  of  many  disciplines,  wildlife  health  specialists,  ecologists  and  an  array of toxicologists will share and rely upon  disparate  sources  of  information  with 

increasing efficiency to facilitate diagnosis and  management  of  poisoning;  to  prevent  unwanted,  unwise,  and  unnecessary  toxic  injury  to  human,  animal,  plant,  and  microbial  components  of  biodiversity;  to  decrease  nutrients  available  that  enable  toxigenic  species;  and  to  prevent  releases  of  chemical  contaminants  that  indirectly  set  the  stage  for  infectious diseases.  Keywords  Ecosystem,  Health,  Medicine,  One  Health,  Public health, Toxicology, Veterinary. 

“Una sola tossicologia”, “Salute  dell’ecosistema” e “Una sola  salute”  Riassunto  “Una  sola  salute”,  intesa  come  disciplina,  racchiude  in  sé  la  medicina  umana  e  veterinaria  come  componenti  di  pari  livello  di  una  “joint  venture” sempre più efficiente tesa alla promozione  della  salute  e  alla  visione  prioritaria  della  ricerca.  “Una  sola  tossicologia”  è  un  approccio  all’integrazione della tossicologia come componente  di  ʺSalute  dell’ecosistemaʺ  e  che  racchiude  il  concetto di ʺUna sola saluteʺ. Lʹecotossicologia che  comprende  le  comunità  della  fauna  selvatica,  vegetali  e  microbiotiche,  è  un  componente  intrinseco  di  “Salute  dell’ecosistema”.  Viene  proposta  “Una  sola  tossicologia”  per  riunire  le  tradizionali  scienze  tossicologiche  preservando  gli  stretti  legami  con  la  medicina  in  generale.  “Una  sola  tossicologia”  è  utile  in  quanto  i  sistemi  biochimici  sono  caratterizzati  da  un  elevato  grado  di  conservazione,  pertanto,  quando  un  gruppo  di  specie  è  a  rischio,  il  rischio  investe  spesso  anche 

Diplomate, American Board of Veterinary Toxicology, Professor of Veterinary, Wildlife and Ecological Toxicology, Department of Veterinary Biosciences, College of Veterinary Medicine, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2001 South Lincoln Avenue, Urbana, Illinois 61802, United States of America [email protected]

© IZS A&M 2009 

www.izs.it/vet_italiana 

Vol. 45 (1), Vet Ital 

97 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

Val Beasley 

altri  gruppi.  Fortunatamente,  per  quanto  riguarda  il  rischio  tossicologico  è  possibile  evitare  problemi  poichè  l’uomo  è  in  grado  di  ridurre  al  minimo  l’esposizione. Nella storia, la salute umana ha tratto  enormi  benefici  dallo  studio  dell’impatto  degli  agenti  chimici  su  animali  da  laboratorio  e  fauna  selvatica.  Analogamente,  veterinari  ed  esperti  di  fauna  selvatica  hanno  imparato  a  proteggere  la  salute  di  animali  domestici  e  selvatici  da  intossicazioni  dovute  a  cause  accidentali  o  comportamenti  incauti.  Tuttavia,  si  osserva  un’abbondanza  di  tossicosi  emergenti  di  recente  scoperta,  con  la  persistenza  di  quelle  ben  note,  a  scapito  di  tutte  le  forme  di  vita,  compreso  l’uomo.  Pertanto,  nel  concetto  futuro  di  “Una  sola  tossicologia”  i  confini  tra  le  varie  discipline  dovranno  svanire  più  rapidamente.  Così  facendo,  medici,  esperti  di  salute  pubblica,  veterinari  di  diverse  discipline,  professionisti  nel  campo  della  salute  della  fauna  selvatica,  ecologisti  e  una  lunga  schiera  di  tossicologi  potranno  condividere  e  impiegare  in  modo  più  efficiente  le  molteplici  fonti  di  informazione  per diagnosi e  gestioni più agevoli  delle  intossicazioni  che  possono  colpire  i  componenti  della  biodiversità;  per  evitare  intossicazioni indesiderate, inopportune e inutili ai  componenti  umani,  animali,  vegetali  e  microbici  della  biodiversità;  per  ridurre  i  nutrienti  che  consentono la riproduzione delle specie tossicogene;  e  per  evitare  il  rilascio  di  contaminanti  chimici  all’origine di malattie infettive.  Parole chiave  Ecosistema,  Medicina,  Salute,  Salute  pubblica,  Tossicologia, Una sola salute, Veterinaria. 

Introduction  This  paper  endeavours  to  illustrate  how  ‘Ecosystem  Health’,  ‘One  Health’  and  ‘One  Toxicology’  can  better  support  one  another.  It  illustrates  how  ‘One  Toxicology’  has  existed  and how it should evolve to do a far better job  of controlling both direct and indirect toxicant‐ induced injury to human beings, other animals  and other components of biodiversity.  In  terms  of  prevention  of  problems  now  and  into  the  future,  toxicology  should  be  the  easy  component of health stewardship. After all, the  solution  is  simple:  decrease  or  prevent 

98

Vol. 45 (1), Vet Ital 

exposures  of  life  forms  to  unwarranted  concentrations  of  chemicals.  Unfortunately,  however,  unnecessary  chemically  induced  diseases  remain  commonplace  today  around  the  world.  Direct  poisonings  involve  all  body  systems,  cause  acute  and  chronic  dysfunction  and  often  induce  lesions,  malformations  and  death.  When  the  immune  system  is  directly  involved – as in the case of many heavy metals  and  mycotoxins  –  or  when  it  is  indirectly  involved – as in the case of toxicants that stress  animals  to  prompt  the  chronic  release  of  cortisol,  the  risks  of  infectious  diseases  increase.  Poisoning  of  predators  at  all  scales  of  the  ecosystem  may  aggravate  infectious  disease  problems.  Small  invertebrates,  such  as  hydra,  copepods,  damselfly  larvae  and  dragonfly  larvae  eat  trematode  cercariae,  reducing  infective loads (45). Other predators eat snails,  thereby reducing their role in the vast asexual  reproduction  of  trematodes.  Various  small  predators  (e.g. fish)  eat  mosquito  larvae  and  thus  reduce  the  numbers  of  these  vectors  available  to  transmit  viruses.  Others  eat  rodents,  birds  and  small  predators,  such  as  opossums,  raccoons  and  cats  that  may  also  transmit  diseases,  especially  when  present  in  high  numbers.  Of  course,  large  predators  test  herds of prey and the sick ‘typhoid Marys’ that  tend  to  be  slower  and  thus  easy  to  catch  are  more likely to be removed from the population  compared  to  those  able  to  resist  or  rapidly  recover  from  infection.  Removal  of  predators  from  the  small  to  the  very  large,  through  any  means,  including  poisoning,  may  thus  set  the  stage for increased risks of infectious diseases.  The widespread contamination of the environ‐ ment with nutrients – as well as the poisoning  of  organisms  that  would  normally  trap  nutrients – are ‘making life easy’ for toxigenic  species  and  they,  in  turn,  poison  humans,  animals  and  other  life  forms  on  Earth.  Examples  of  toxicoses  are  used  below  to  illustrate how toxicant‐induced problems come  about  and  how  a  new,  smarter,  more  efficient  approach to ‘One Toxicology’ can contribute to  both ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ not  only  in  the  short  term  but  also  far  into  the  future. 

www.izs.it/vet_italiana 

© IZS A&M 2009 

Val Beasley 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

‘One Health’ and ‘One  Toxicology’ in context  ‘One  Health’  can  be  thought  of  as  a  broad  discipline that relates to the understanding and  care  of  human  beings,  domestic  animals,  wildlife  and  other  life  forms  –  as  individuals  and  as  populations.  Hence,  we  have  multiple  health  sciences  and  professions  within  the  discipline of ‘One Health’.  Of course, in regard to one or more humans or  other  animals,  the  word  ‘health’  is  used  routinely not only in the disciplinary sense but  also  to  describe  the  overall  condition  of  the  individual  or  group  of  individuals  examined  within  a  given  time  frame.  Without  question,  when  we  consider  health  as  a  condition,  we  have  preferences;  and  the  value  judgment  that  we  make  in  choosing  among  superb  health,  good  health,  average  health,  or  poor health  is  not  often debated.  Questions to the readers of this treatise arise.  Do ‘Superb One Health’ and ‘Poor One Health’  have  a  meaning  as  overall  conditions  and  is  one  preferred  over  the  other?  Is  ‘Superb  One  Health’  a  logical,  responsible,  ethical  and  economically  astute aim? If  so,  how  might  we  get there; and just what is inferred in terms of  ethical  and  professional  responsibilities?  Would  ‘Superb  One  Health’  lead  us  in  the  direction  of  larger  and  significantly  more  effective  collaborations?  The  author  is  of  the  opinion that the answer to the latter question is  yes  and  that  the  daunting  challenge  faced  by  veterinarians  –  who  assume  some  respon‐ sibility for the health of all animal species – is  so  great  that  it  must  increasingly  be  shared  with  many  other  medical  professionals  and  other scientists and stewards.  Much  of  the  effort  directed  towards  the  ‘One  Health’  initiative  to  date  has  focused  on  potentially  devastating  emerging  and  re‐emerging  infectious  diseases.  This  chapter  focuses  on  critically  important  chemically  mediated  health  problems  and  how  they  too  are  shared  among  humans,  domestic  animals  and  wildlife.  Despite  the  importance  of  this  disciplinary  realm,  it  is  necessary  to  prevent  inadvertent  ‘toxicology  blinders’  or  ‘infectious  disease  blinders’  from  limiting  our  vision. 

© IZS A&M 2009 

Given  current  conditions  and  trends,  even  if  people,  animals  and  other  components  of  biodiversity were no longer exposed to highly  infectious agents, toxic doses of anthropogenic  chemicals  and  human‐induced  elevations  in  natural  toxins,  Homo  sapiens  and  other  components  of  animal  life  would  still  be  in  peril.  This  is  because  it  is  essential  to  address  not only these concerns but also the other ‘big  drivers’  of  ecosystem  disease.  To  have  a  regulated  climate,  a  breathable  atmosphere,  clean  air  and  clean  water,  fertile  soils,  diverse  organisms  from  which  we  may  discover  disease‐resistant  strains  of  existing  food‐ producing  plants  and  animals,  and  life  forms  from  which  we  may  derive  new  foods,  medicines  and  other  commercial  products,  as  well as the natural biota whose lives stimulate  the  mental  and  emotional  development  and  integrity  of  humans  and  other  animals,  we  must  allow  for  myriad  other  components  of  biodiversity to thrive. This means:  ƒ controlling  emissions  of  sub‐toxic  yet  climate‐altering  quantities  of  carbon  dioxide  and methane into the atmosphere  ƒ meeting  the  needs  of  wild  plants  and  animals  by  counteracting  habitat  loss,  reconnecting  fragmented  habitats,  enlarging  habitats  and  implementing  rational  buffers  to  offset  the  impacts  of  human  urban,  industrial and agricultural disturbance  ƒ protecting  the  vertebrates,  arthropods,  annelids,  fungi  and  bacteria  of  the  soil  not  only  in  wild  places  but  also  in  agriculture,  forestry and lawns  ƒ preventing invasions of exotic species.   Expanding  on  such  considerations,  Grifo  and  Rosenthal  (18)  published  the  book  Biodiversity  and human health which conveys messages of a  conference  jointly  sponsored  by  the  National  Institutes  of  Health,  the  National  Science  Foundation  and  the  Smithsonian  Institution,  that  fostered  a  dialogue  among  experts  in  public  health,  biology,  epidemiology,  botany,  ecology,  demography  and  pharmacology.  Therein, Thomas Lovejoy enumerated some of  the  ways  that  human  health  and  biomedicine  draw  upon  natural  compounds  and  natural  processes.  More  recently,  Chivian  and  Bernstein  (10)  produced  a  book  entitled 

www.izs.it/vet_italiana 

Vol. 45 (1), Vet Ital 

99 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

Val Beasley 

Sustaining  life,  how  human  health  depends  on  biodiversity which discussed the dependence of  humans  on  bacteria,  fungi,  plankton,  arthropods and other organisms. Accordingly,  it  is  stressed  that  the  health  and  well‐being  of  humans  and  non‐humans  rely  upon  hosts  of  organisms  both  in  and  apart  from  those  members  of  the  animal  kingdom  that  are  generally  attended  to  by  physicians  and  veterinarians.  Not  only  vertebrates  and  other  animals  but  also  other  life  forms  must  be  the  focus of attention for ‘Superb One Health’ as a  condition  to  be  a  plausible  goal.  Grouping  biodiversity together, assessing the nature and  quality  of  critical  interactions  among  species,  setting  out  that  there  are  preferred  states  (e.g. robust  biodiversity  with  redundancy  and  competition  among  organisms  to  regulate  the  climate,  pollinate  the  plants,  produce  and  purify  the  soil,  water  and  air,  provide  the  niches  for  a  host  of  life  forms,  provide  the  food,  building  materials  and  medicines,  and  control  the  diseases)  takes  one  squarely  into  the realm of ‘ecosystem health’ (5).  Thus  to  improve  upon  ‘One  Health’  as  a  condition  for  the  long  term,  collaboration  among  practitioners  and  researchers  in  ecology,  wildlife  biology  and  management,  fisheries,  toxicology,  human  medicine,  veterinary  medicine and  ʹEcosystem  Healthʹ  is  essential  and,  in  addition,  these  individuals  should  devise  and  refine  research  and  management  options  in  concert  with  non‐ biomedical  and  non‐ecological  experts  as  well  as the society at large. Better public education,  more  participatory  research,  improved  policies,  smarter  incentives  and  disincentives,  and  more  astute  regulations  are  all  necessary  (Fig. 1). 

The breadth and depth of  toxicology  As  a  former  small  animal  practitioner,  a  clinical  and  diagnostic  veterinary  toxicologist,  a  researcher  into  the  fate  and  mechanisms  of  mycotoxins  and  cyanobacterial  toxins,  a  researcher  on  ecotoxicological  problems  of  amphibians  and  other  wildlife  groups  and  a  director  of  the  Envirovet  Program  in  Wildlife 

100

Vol. 45 (1), Vet Ital 

and  Ecosystem  Health,  I  have  had  relatively  broad exposure to the boundaries of toxicology  and  its  interactions  with  other  disciplines.  Toxicology,  as  I  understand  it,  is  the  study  of  all  the  adverse  biochemically  mediated  effects  of all chemicals on all life forms. Ecotoxicology  is even more complex in that it includes all of  the  above,  plus  the  chemically  induced  disruption  of  all  the  interactions  among  organisms  and  their  interactions  with  the  air,  minerals,  soils  and  water  of  the  planet.  These    Concepts of ‘Ecosystem Health’ were introduced beginning in the late 1970s (36) and the 1980s (43). They were developed further at a seminal workshop of ecologists, veterinarians, physicians, economists, and lawyers hosted at the University of Illinois in 1991 (38). As was recently reaffirmed by ecosystem economist, Robert Costanza, who was among the participants of that meeting, ecosystem services make life possible on this planet and they form the foundation of the bulk of human economic activity (13). In 1994, the International Society for Ecosystem Health was established and produced the journal Ecosystem Health for several years (37). Nevertheless, only a relatively small number of physicians or public health specialists became involved in the organisation, probably because many of these professionals did not recognise what was intended by the term ‘Ecosystem Health’ (i.e. that it included human health). In an effort to overcome this lack of understanding, in 2006, the International Society for Ecosystem Health changed its name to the International Association for Ecology and Health and elected Jonathan Patz (MD, MPH), a professor of environmental studies and population health and Director of Global Environmental Health at the University of Wisconsin-Madison, as its president. This Society hosted EcoHealth meetings in Madison, Wisconsin, in 2006 and again in Merída, Mexico, in 2008, that were attended by experts in human medicine, public health, veterinary medicine, wildlife health and ecology from around the globe. The official publication of the organisation is the journal EcoHealth (www.ecohealth.net/ aboutus.php). Among the hallmarks of the organisation and many of the articles published in its journal are ‘One Health’ themes and inclusive research in which people at risk of health problems and stewards of urban and rural resources come together to examine major threats and opportunities for health improvement through improved management and disease prevention.

Figure 1 Development of ‘Ecosystem Health’, magnitude of its importance and a leading ‘One Health’/’Ecosystem Health’ organisation

www.izs.it/vet_italiana 

© IZS A&M 2009 

Val Beasley 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

realms  of  study  involve  all  elements  and  compounds,  whether  they  occur  naturally  or  whether  they  are  concentrated  or  synthesised  by  human  beings.  Thus,  they  address  oxygen,  water,  sodium  chloride,  other  inorganic  compounds  and  all  biochemicals  including,  but  not  limited  to,  microbial  toxins,  plant  toxins  and  zootoxins,  and  the  products  of  chemical syntheses (produced deliberately and  accidentally),  as  well  as  the  products  of  spontaneous  chemical  reactions,  combustion,  biotechnology  and  nano‐technology.  Accord‐ ingly,  because  of  the  complexity  and  breadth  of  chemically  induced  injury,  the  limited  knowledge generated to date about the myriad  toxic agents and combinations thereof and the  resultant  need  (and  the  genuine  opportunity)  to  control  toxic  chemicals  at  the  source,  ‘One  Toxicology’  is  recommended  to  integrate  human,  veterinary,  wildlife  and  ecological  toxicology to support more rational choices as  to what chemicals and what concentrations are  allowed  to  come  into  contact  with  people  and  their  domestic  animals  and  the  generally  far  more threatened wild animals, wild plants and  ambient  microbial  communities.  Indeed,  it  is  the  wild  organisms  that  must  perform  optimally  to  survive  and  reproduce.  In  their  lives,  slight  toxic  effects  are  much  more  likely  to  be  lethal  or  to  prevent  reproduction,  in  comparison  with  the  generally  more  coddled  lives of domestic animals or our fellow human  beings (Fig. 2).  Producing goods and services for humans has  often  resulted  in  industrial  and  agricultural  pollution  with  untoward  repercussions  on  wildlife  and  ecosystems.  Given  the  degraded  condition  of  the  environment  and  the  roles  of  chemical  pollutants  in  the  current  ongoing  sixth  extinction  (1,  32,  39),  the  ethical  assign‐ ment  now  must  be  to  produce  goods  and  services using chemicals in ways that allow the  many  beleaguered  native  species  to  recover  their  numbers  beyond,  around  and  even  within  areas  intensively  managed  to  meet  human  needs.  To  be  efficient,  ‘One  Toxicology’,  in  which  different  groups  of  toxicologists and other health specialists share  knowledge  –  particularly  in  regard  to  preventive  medicine  –  must  purposefully  and 

© IZS A&M 2009 

rapidly  blur  distinctions  among  human,  veterinary,  environmental  and  ecological  toxicology  so  that  the  needs  of  ‘Ecosystem  Health’  and  ‘One  Health’  are  addressed  simultaneously. 

One Health

One Toxicology

Ecotoxicology Human toxicology Ecosystem Health

Veterinary toxicology

Figure 2 Inter-relationships among professionals who work in ‘One Health’, ‘Ecosystem Health’, ‘One Toxicology’, ecotoxicology, veterinary toxicology and human toxicology All are working towards improving ‘One Health’

It  is  stressed  that  ‘One  Toxicology’  must  extend  beyond  the  developed  world  as  a  global  investigative,  clinical,  diagnostic  and  preventive  medicine  endeavour  that  works  with  physicians,  public  health  specialists,  veterinarians,  wildlife  biologists,  wildlife  managers,  animal  scientists,  livestock  producers, agronomists, large‐ and small‐scale  farmers,  forest  managers,  aquaculture  specialists,  other  members  of  the  business  community,  educators,  journalists,  government  officials  and  the  public  to  protect  the  human,  animal,  plant  and  microbial  biodiversity of this planet.  Toxicology  and  regulatory  toxicology  are  evolving  sciences.  Many  types  of  individuals  are  involved with  medical,  veterinary medical  and  a  host  of  other  educational  backgrounds.  To  many,  the  most  revered  voices  in  environmental  toxicology  have  been  Rachel  Carson  and  her  successor  Theo  Colborn. 

www.izs.it/vet_italiana 

Vol. 45 (1), Vet Ital 

101 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

Val Beasley 

Carson  was  a  graduate  of  the  Pennsylvania  College  for  Women,  which  is  now  Chatham  University,  who  studied  at  Woods  Hole  Biological  Laboratory and  completed  a  master  of arts degree in zoology from Johns Hopkins.  She  worked  as  a  writer  for  the  United  States  Bureau of Fisheries and the United States Fish  and Wildlife Service for fifteen years and then  resigned  in  1952  to  focus  on  her  writing  (23).  Carson’s  1962  book,  Silent  Spring,  warned  of  animal  and  human  impacts  in  the  ‘One  Toxicology’  domain  of  emerging  anthro‐ pogenic  chemicals,  especially  pesticides,  such  as  dichloro‐diphenyl‐trichloroethane  (DDT)  and  other  persistent  organochlorines  (8).  That  book  is  widely  credited  with  launching  the  environmental  movement  that  prompted  such  laws in the United States as the Clean Air Act,  Clean Water Act and Superfund, as well as the  withdrawals  of  DDT,  polychlorinated  biphenyls (PCBs) and other organochlorines.  Compared  to  Rachel  Carson,  Theo  Colborn  was  a  ‘late  bloomer’.  She  was  a  practising  pharmacist  for  many  years  and,  at  58 years  of  age,  completed  a  PhD  at  the  University  of  Wisconsin in zoology and toxicology. After her  ‘One  Toxicology’  contributions  to  the  book,  Great  Lakes,  Great  Legacy?  (11),  she  enlisted  a  range  of  scientists  in  symposia  that  produced  additional  books  directed  not  only  to  other  scientists  but  also  to  the  public  about  ubiquitous endocrine disruptors. Most notable  among  these  is  ‘Our  Stolen  Future’  (12).  As  Colborn  correctly  illustrated,  endocrine  systems evolved as sensors of minute amounts  of endogenous hormones that could readily be  influenced  not  only  by  these  compounds  but  also  by  hormone  mimics,  agents  that  are  inhibitory  at  hormone  receptors  and  com‐ pounds  that  influence  endogenous  hormone  concentrations  (e.g. through  altered  synthesis  or  degradation).  From  PCBs  that  were  produced  beginning  in  the  1930s  that  contaminated fish which became recognised as  risk  factors  for  infertility  in  piscivorous  mammals, such as mink as early as 1971 (2) to  the  thyroid  disrupting  flame‐retardant  polybrominated  diphenyl  ethers  (PBDEs)  that  are  present  in  alarmingly  high  concentrations  in  orcas  (41)  and  foam  rubber,  fabrics,  house 

102

Vol. 45 (1), Vet Ital 

dust  and  house  cats  (D.A. Mensching,  D.C. Ferguson  and  V.R. Beasley,  unpublished  data)  today,  animals  have  proven  to  be  important  sentinels  of  toxic  threats  to  human  populations.  Given that many toxic compounds cause harm  after  chronic  exposure  through  bioaccumul‐ ation  (e.g. PCBs)  or  via  recurrent  yet  subtle  incremental ‘hit and run’ toxicity with delayed  outcomes  (e.g. mutagens  that  cause  carcino‐ genesis), human and veterinary clinicians may  fail  to  recognise  the  relationships  between  disease  outcomes  and  chemical  threats.  It  becomes  necessary,  therefore,  for  the  physician,  the  veterinarian,  the  environmental  toxicologist and the epidemiologist, with other  specialists to undertake and support the role of  citizen  scientists.  For  research  funding  to  be  available, the message of the citizen scientist is  extremely important. Through the translations  provided by citizen scientists, ordinary citizens  and  their  representatives  in  government  can  more readily learn to understand the scientific  process,  scientific  uncertainty,  the  need  for  research and the need to take judicious actions  based  on  incomplete  knowledge.  However,  taking  the  case  and  the  uncertainty  to  the  public is threatening to many scientists, in part  because  of  potential  counter‐attacks  by  industry and industry‐affiliated scientists, who  may  insist  on  incomplete  knowledge  to  get  products on the market and virtually complete  knowledge  to  get  them  off  the  market.  When  regulatory bodies fail to do their work because  of either a lack of funding or a lack of will, and  when the need is to lessen the impacts of toxic  chemicals  on  animal  and  human  health,  involving  the  public  may  be  the  only  way  to  prompt  industry  and  governing  bodies  to  make  changes  that  reduce  or  terminate  exposures to toxic contaminants.  The  benefits  of  modern  environmental  toxicology  in  recognising  and  reducing  risks,  and  in  addressing  the  ongoing  dilemma  of  knowledge  gaps  on  one  hand  and  such  expensive  regulatory  testing  that  safer  products  can  never  be  produced  on  the  other  hand,  were  described  by  Anne  Fairbrother,  when  she  was  president  of  the  Society  of  Environmental Toxicology and Chemistry (16). 

www.izs.it/vet_italiana 

© IZS A&M 2009 

Val Beasley 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

To  her  credit,  Fairbrother  pointed  to  the  fact  that  many  potential  products  are  never  introduced  to  the  marketplace  because  of  concerns  regarding  toxic  outcomes.  She  also  described  the  opportunity  afforded  by  adaptive management, such that we can make  informed  decisions  and  try  new  formulations  when  they  seem  to  be  safe  enough  to  do  so  –  provided  that  we  also  recognise  the  limits  of  our knowledge, that we subsequently monitor  for  adverse  outcomes  and  that  we  respond  when  warranted  to  reduce  or  prevent  further  use  by  withdrawing  products  that  are  associated  with  unexpectedly  serious  toxic  outcomes.  Thus,  we  can  reduce  risks  from  anthropogenic  chemicals  by  making  informed  choices: by choosing the chemicals that we use  and  release  more  astutely,  releasing  them  in  smaller quantities and in more controlled ways  and  not  releasing  some  of  them  at  all  (e.g.  ceasing  synthesis  of  problem  com‐ pounds).  To  counter  the  race  to  the  bottom,  in  which  industries  and  agriculture  migrate  to  and  profit  in  areas  of  the  globe  with  the  least  control  of  and  liability  for  pollution,  it  is  essential  to  have  global  laws,  regulations,  incentives  and  disincentives  that  limit  harm  from chemical contamination of the workplace,  the home and the outdoor environment. While  different  needs  and  different  economic  resources  cause  variability  in  the  chemicals  that can be obtained to solve problems around  the  world,  the  globalising  ‘flatter’  economy  is  undermining  the  argument  that  older,  more  toxic  products  are  acceptable  for  the  developing world.  Harmonisation  of  laws  and  regulations  has  been  moving  forward,  especially  in  the  pharmaceutical  and  pesticide  industries  with  leadership  from  the  United  States,  Japan  and  the  European  Union  (EU).  In  recent  years,  the  EU  has  shown  additional  leadership,  relative  to  the  United  States  and  other  parts  of  the  world,  in  imposing  stronger  regulations  with  regard  to  regulatory  toxicology.  In  particular,  the  EU  regulatory  framework  for  the  Registration,  Evaluation  and  Authorisation  of  Chemicals (REACH), which went into effect in  2007,  will  necessitate  the  re‐examination  of  a 

© IZS A&M 2009 

wide  array  of  products  that  are  currently  marketed  in  the  EU  in  quantities  >10 metric  tons per year (17, 46). Thus, to continue sales of  products  into  European  markets  will  require  new  research  to  assess  their  physical  hazards,  acute and chronic toxicity and ecotoxicity. The  REACH programme illustrates the potential to  fill knowledge voids by setting more stringent,  science‐based  standards  to  protect  humans,  animals  and  ecosystems  from  toxic  injury.  In  turn,  through  modern  communications  and  political  pressure,  discoveries  found  through  the research required under REACH may also  result in safer products around the world.  An  ongoing  challenge  will  be  to  ensure  that  knowledge  from  government‐mandated  and  other  toxicology  testing  is  consistently  made  available  in  the  public  domain.  Keeping  such  knowledge  under  wraps  as  a  part  of  intellectual  property  and  patent  protection  deprives  physicians,  veterinarians  and  ecosystem  managers  of  needed  diagnostic  criteria. 

Examples of the need for ‘One  Toxicology’ interactions  A  recent  analysis  indicated  that  the  medical  profession  does  not  often  recognize  environmental  hazards  despite  their  impacts  on  other  species  (35).  Considering  not  only  toxic  but  also  infectious  environmental  health  hazards,  these  authors  examined  reports  selected  from  the  National  Library  of  Medicine’s  Medline  database  and  concluded  that,  with  the  exception  of  well‐known  potentially  lethal  zoonoses,  such  as  rabies,  Venezuelan,  Eastern  and  Western  equine  encephalitides,  avian  influenza,  or  West  Nile  virus  infections,  most  physicians  considering  environmental health risks to their patients do  not  routinely  rely  on  data  from  animal  sentinels.  They  listed  potential  barriers  to  the  integration  of  data  from  sentinel  animals,  including  insufficient  understanding  of  relationships  among  animal,  human  and  ecosystem  health,  inadequate  understanding  of  veterinary  medicine,  protocols  that  fail  to  incorporate  animal  data  into  public  health  surveillance and relative obscurity of scientific 

www.izs.it/vet_italiana 

Vol. 45 (1), Vet Ital 

103 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

Val Beasley 

literature  about  animal  sentinels  (e.g. articles  in journals not often read by physicians).  In  a  randomly  selected  set  of  50 reports  of  chemical  or  physical  hazards,  these  authors  found  that  wildlife  species  accounted  for  94%  of  the  associations  deemed  relevant  to  human  health,  livestock  accounted  for  6%,  and  companion  animals  accounted  for  0%.  For  these  hazards,  a  wide  array  of  wildlife  taxa  were  involved,  including  several  studies  each  that involved invertebrates, fish, herpetofauna,  birds  and  mammals.  However,  in  the  50 reports  on  chemical  or  physical  hazards,  only  four  confirmed  both  animal  and  human  exposure to chemicals and none of the reports  provided  data  on  specific  human  outcomes.  While  50 randomly  selected  reports  on  the  animal  sentinel  concept  from  Medline  comprised  a  small  investigation,  the  study  nevertheless  reflected  the  urgent  need  to  link  animal and human studies through concurrent  assessments of:  ƒ exposures  ƒ residues  of  parent  compounds  and  active  metabolites in body fluids and tissues  ƒ biomarkers  of  effect  (e.g.   changes  in  haematology,  serum  biochemistry,  bio‐ chemical  and  physiological  changes  in  organs  and  tissues,  and  lesions)  in  both  animals and human beings.  Breaking  down  the  barriers  to  address  this  need  would  be  a  distinct  benefit  of  a  ‘One  Toxicology’/’One Health’ approach. 

Urgency of diagnosing poisonings of  aquatic animals  In  1949,  dead  fish  were  noted  floating  in  Minamata Bay in Japan. Catches by fishermen  began to decline (27). By 1953, cats ‘danced in  circles’  and  ‘cat  suicides’  were  noted  when  they  fell  into  the  bay  and  drowned.  Seabirds  and  crows  were  observed  to  spiral  unexpectedly  into  the  sea.  It  was  shortly  after  this that the first cases of human sickness were  noted,  but  the  industry  leaders  and  government  officials  at  the  national  level  did  not  directly  confront  the  pollution  for  years  thereafter.  Part  of  the  problem  was  intimidation  by  industrial  polluters  and 

104

Vol. 45 (1), Vet Ital 

politicians  of  the  area.  The  polluting  industry  was  a  major  employer  in  the  area  and  fear  of  loss of employment curtailed public pressure.  Apparent  neurotoxicity  in  children  in  association with fish and shellfish of Minamata  Bay  was  reported  in  1956  and,  in  1957,  the  syndrome  in  cats  was  reproduced  by  feeding  the animals a diet made from fish and shellfish  from Minamata Bay. The syndrome in humans  was specifically recognised as methyl mercury  poisoning  in  1959,  but  the  point  source  of  the  methylmercury  was  not  identified  until  1961  (31).  Wastewater  from  a  chemical  factory  belonging  to  Chisso  (translated  as  ‘Nitrogen’)  Corporation  had  released  methylmercury  into  the  Bay  at  least  as  early  as  1932  and  it  was  allowed  to  continue  until  1968.  The  reaction  used  to  produce  commercially  marketed  acetaldehyde  relied  upon  a  mercury  catalyst  and  produced  the  methylmercury.  By  March  2001,  a  total  of  2 265 human  victims  were  counted  (29).  Had  there  been  an  effective  system  of  environmental  monitoring,  coupled  with  a  fish  diagnostic  capability  and  a  responsive  stewardship  programme  at  the  outset,  piscine,  avian,  feline  and  human  victims, as well as the economic vitality of the  region  could  have  been  protected.  Even  now,  however,  routine  monitoring  of  wild  fish  health in relation to environmental pollution is  largely  on  an  ad hoc  basis.  For  fish  to  serve  as  sentinels of aquatic pollution and toxic as well  as  ecotoxic  impact,  a  sustained,  active  ‘One  Toxicology’ approach to monitoring, diagnosis  and research is essential. 

Concern for wild animals in a ‘One  Toxicology’ world  Polyaromatic  hydrocarbons  (PAHs),  such  as  benzo[a]pyrene, are among the most studied of  carcinogens  in  human  beings  and  the  central  role of laboratory animal research in deducing  mechanisms  of  carcinogenesis,  including  through  studies  of  purified  PAHs  and  mixtures  of  such  compounds,  is  well  recognised (34). The scrotal cancers in chimney  sweeps  that  were  described  by  English  physician  and  surgeon  Percival  Pott  in  1775  (and later prevented by thorough washing not  in England but in such countries as Denmark) 

www.izs.it/vet_italiana 

© IZS A&M 2009 

Val Beasley 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

were  associated  with  soot  and  ultimately  PAHs.  Even  today,  lessons  remain  to  be  learned,  as exposures  to PAHs in  cereals, fire‐ broiled foods, and smokes from tobacco, fossil  fuels,  and  other  sources  remain  ubiquitous  causes  of  human  cancer  (33).  Nevertheless,  documenting exposures of charismatic animals  may play a role – not only in the protection of  such  species,  but  also  in  the  protection  of  human health. 

have  contributed  to  the  decommissioning  of  the  obsolete  technology  that  released  PAHs.  That  the  widespread  recognition  of  the  mutagenicity and carcinogenicity of PAHs did  not  greatly  limit  the  emissions  of  these  pollutants before they harmed the whales and  the  people  reflects  on  some  of  the  recent  historical  attitudes  of  certain  business  leaders,  not only with regard to wildlife health but also  human health as well. 

A  group  at  the  St Hyacinth  veterinary  faculty  of the University of Montreal led by veterinary  pathologist  Daniel  Martineau  has  built  on  an  initial  encounter  of  a  lethally  stranded  beluga  whale, which was found to have cancer, on the  shores  of  the  St Lawrence  estuary.  The  St Lawrence  forms  the  outlet  of  the  Great  Lakes  of  North  America.  Ultimately,  when  Martineau  and  co‐workers  continued  monitoring  this  endangered  population  of  belugas  for  years  thereafter,  they  found  a  much  higher  incidence  of  cancer  than  would  normally  be  expected  in  free‐ranging  wildlife  (14, 25, 26). The belugas, which feed on benthic  organisms,  were  being  exposed  to  hydrophobic  PAHs  that  were  delivered  to  the  sediment  largely  from  the  emissions  of  hundreds  of  tons  of  the  chemicals  from  the  nearby  aluminum  company.  Confirming  the  exposure  was  a  report  that  illustrated  marked  differences in benzo[a]pyrene adducts to DNA  of  brains  of  the  beluga  whales  of  the  contaminated  region  and  the  brains  of  the  same species from a reference region (47). 

The  ongoing problems  with  PAHs around  the  world  today,  not  only  in  relation  to  the  Soderberg  method  of  aluminium  production  that  was  used  in  Quebec,  but  also  fossil  fuel  burning  cannot  be  excused  given  currently  available  alternative  technologies.  Industry  leaders,  energy generators, engineers, political  leaders,  government  regulators,  health  and  environmental  non‐governmental  organis‐ ations and consumers have the opportunity to  contribute to vast risk reductions in exposures  to  PAHs.  Around  the  world,  a  reduced  reliance  on  fossil  fuels  and  more  widespread  and  efficient  pollution‐control  technologies  offer  a  genuinely  important  ‘One  Toxicology’/  ’One  Health’  opportunity  to  reduce  human  and animal suffering and death. 

In  parallel,  cancers  were  found  at  elevated  rates in the aluminum plant workers and local  residents (reviewed in 26). In both the humans  and  the  belugas,  the  cancers  were  consistent  with  what  would  be  expected  from  exposures  to  polyaromatic  hydrocarbon  emissions.  Martineau’s group also found a high incidence  of  cancers  as  well  as  evidence  of  endocrine  disruption  in  another  bottom‐feeding  species  of the St Lawrence estuary, specifically the lake  whitefish  (28).  Eventually,  the  aluminum  manufacturing  plant  ceased  using  the  most  polluting  technology  and  thus  reduced  regional  inputs  of  PAHs.  Media  attention  about  the  plight  of  the  belugas  which  are  a  focus  of  ecotourism  in  the  region  (7,  49)  may 

© IZS A&M 2009 

Free nutrients, climate change,  phycotoxins and ‘One Health’  Free  nutrients  in  the  environment  from  improperly treated human and animal wastes,  fertilizers  applied  for  food‐producing  plants  and lawns and air pollution (e.g. ammonia that  arises  from  concentrated  animal  feeding  operations  and  is  detected  in  atmospheric  deposition,  namely  in  dry  particulates  and  rainfall) contribute to blooms of phytoplankton  that  may  be  toxigenic,  as  in  the  case  of  cyanobacteria,  and  to  deaths  of  algae  that  contribute  to  dead  zones  in  large  lakes  and  at  the  mouths  of  rivers  around  the  world.  Domoic  acid  originates  primarily  from  diatoms  of  the  genus  Pseudo‐nitzschia  (3).  As  silicon,  phosphorus,  nitrogen  and  iron  availability  have  been  linked  to  the  growth  of  Pseudo‐nitzschia and given that the subsequent  depletion  of  phosphorus  and  silicon  by  these  organisms  stresses  them  so  that  they  produce  domoic acid (51), it has been suggested that an 

www.izs.it/vet_italiana 

Vol. 45 (1), Vet Ital 

105 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

Val Beasley 

increase  in  toxic  blooms  of  Pseudo‐nitzschia  might  be  occurring  as  a  consequence  of  increased  nutrient  and  desert  dust  pollution.  In  some  cases,  the  planktonic  diatoms  expand  their numbers in the zones of shellfish and fish  in  relation  to  upwellings  spurred  by  currents  prompted  by  global  climate  change  (51).  Moreover,  global  warming  may  prolong  the  seasonal  growth  of  Pseudo‐nitzschia  and  expand its global range. Accordingly, pollution  from  animal  agriculture,  sewage  effluents,  crops  and  lawns,  and  silica  dust  from  desertification,  as  well  as  carbon  dioxide  and  methane  that  contribute  to  global  warming  may all play a role (30). The toxins passed from  the  plankton  to  shellfish  and  fish  are  transferred  to  predators  that  eat  them.  The  syndrome  of  domoic  acid  toxicosis  was  first  recognised  in  relation  to  what  became  known  as  amnesic  shellfish  poisoning  in  the  area  of  Prince  Edward  Island  in  Canada,  when  three  elderly  people  died  and  over  100 individuals  developed  various  poisoning  symptoms  after  eating  mussels  contaminated  by  the  diatoms  (4).  Humans  with  domoic  acid  toxicosis  experience  vomiting,  diarrhoea,  abdominal  pain,  confusion,  permanent  short‐term  memory  loss,  disorientation,  seizures  and  coma.  Only  after  domoic  acid  toxicosis  was  recognised  in  people  was  the  syndrome  discovered  in  marine  vertebrates.  In  recent  years,  large  numbers  of  multiple  species  of  marine  mammals  (grey  whales,  dolphins,  sea  lions,  seals,  sea  otters)  as  well  as  fish‐eating  birds  (e.g. pelicans)  have  been  found  to  be  poisoned  off  the  coasts  of  California,  Oregon,  Washington and Alabama.  It  is  now  believed  that  seals  and  sea  lions  sometimes  become  aggressive  due  to  poisoning  by  domoic  acid.  Retrospective  assessments  have  suggested  that,  in  1961,  altered  bird  behaviour  and  deaths  in  the  region  of  Monterey,  California,  gave  Alfred  Hitchcock  the  idea  for  the  movie  ‘The  Birds’  (15).  Perhaps  if  those  birds  had  been  adequately studied, toxicosis from domoic acid  (a simple molecule that was previously used at  lower  doses  as  an  anthelmintic)  could  have  been  recognised  sooner  and  assays  of  seafood  might  have  been  available  to  protect  against 

106

Vol. 45 (1), Vet Ital 

human  toxicoses.  Overall,  respecting  the  precautionary  principle  (21)  and  ecosystem  services,  the  control  of  carbon  dioxide  and  methane  emissions,  as  well  as  better  sewage,  agricultural,  forest,  and  lawn  management  to  keep  nutrients  in  higher  plants  and  silicon  in  soils  may  contribute  to  reductions  in  this  syndrome  thereby  protecting  human  and  wildlife alike. This is another ‘One Health’ and  ‘One  Toxicology’  concern  in  which  steward‐ ship of ecosystems may have prevented – and  may  yet  prevent  –  an  emerging  toxicological  disease. 

Nutrients, pesticides, parasites, frogs,  and people  Since  the  1990s,  myriad  news  stories,  books  (22,  48),  field  studies,  and  laboratory  research  have  focused  attention  on  outbreaks  of  limb  abnormalities  in  frogs.  Extra  limbs  as  well  as  malformed  and  missing  limbs  are  involved.  Ultimately, it was deduced that at least most of  the  extra  limb  phenomena  and  many  of  the  malformed  limbs  were  attributable  to  infections  with  trematodes  of  the  genus  Ribeiroia (19). The amphibians in this case are a  second  intermediate  host  and  metacercariae  form  in  the  limb  bud  areas  after  cercariae  penetrate  the  skin.  High  level  infections  of  frogs  with  the  trematodes  can  be  lethal  to  tadpoles (19), especially when early life stages  are  involved  (44).  Johnson  et  al.  (20)  showed  that  nutrient  pollution,  which  fed  periphyton,  the predominant algal food of snails (species in  which  vast  asexual  reproduction  of  the  trematodes  takes  place)  contributed  to  the  problem. In an earlier field study, Beasley et al.  (6) linked another trematode of frogs with the  same type of life cycle to herbicide impacts on  aquatic  plant  communities.  By  impairing  the  metabolism  of,  or  killing,  the  macrophytes  (higher plants), herbicides prevent their uptake  of  nutrients,  leaving  them  to  be  used  by  periphyton.  The  greater  species  and  strain  diversity,  and  the  shorter  generation  time  of  periphyton  organisms  gives  them  an  advantage in terms of recovery after herbicide  insult  in  comparison  to  the  macrophytes.  In  addition,  herbicide‐induced  elimination  of  the  macrophytes  reduces  physical  structure  in  wetlands, potentially facilitating completion of 

www.izs.it/vet_italiana 

© IZS A&M 2009 

Val Beasley 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

the complex life cycle of the trematodes (easier  for miracidia to find snails, for cercariae to find  tadpoles and for definitive hosts [birds] to find  infected  tadpoles).  Moreover,  Schotthoefer  et  al.  (45)  recently  showed  that  a  number  of  invertebrate  predators  found  in  waters  with  cercariae  of  Ribeiroia  readily  ingest  and  digest  the  parasites.  Accordingly,  pesticides  or  other  chemicals  that  may  selectively  eliminate  these  micropredators  may  also  increase  risks  of  trematode infections.  After  examining  more  than  200 potential  contributing factors from a large field study in  an  agricultural  area  of  Minnesota,  Rohr  et  al.  (40) implicated not only a fertilizer (phosphate)  but  also  the  ubiquitous  agricultural  herbicide  atrazine  in  the  trematode  infection  loads  of  frogs.  That  report  also  described  controlled  studies  in  which  atrazine  indirectly  increased  snail  populations  and  was  immuno‐ suppressive to tadpoles. Accordingly, it seems  that  common  nutrients,  herbicides  and  any  contaminant that impairs the survival of small  predators  that  eat  either  motile  stages  of  trematodes,  or  for  that  matter  snail  intermediate  hosts,  would  tend  to  increase  risks  of  trematode  impacts  on  frogs.  Other  authors  noting  some  of  the  discoveries  about  trematodes  in  amphibians  have  also  drawn  attention to the need for nutrient management  to  protect  human  health  (24).  Given  that  the  trematodes  that  cause  schistosomiasis  in  human  beings  rely  on  a  life  cycle  also  involving  asexual  reproduction  in  snails,  it  seems  to  follow  that  nutrient,  herbicide  and  other  chemical  contamination  that  directly  or  indirectly  feeds  periphyton  and  thus  snails  or  that  reduces  predation  on  trematode  miracidiae  or  cercariae,  or  on  snail  inter‐ mediate  hosts  would  increase  risks  of  this  human  disease.  Thus,  in  addition  to  recognising  risks  of  flooding  snail  habitat,  prevention  of  human  schistosomiasis  should  likely involve much more than moluscicides (a  common  approach  at  present).  Research  is 

warranted  to  explore  the  potential  merits  of  re‐establishment  of  biodiverse  life  forms  in  water  courses,  including  on  species  that  feed  on  cercariae  and  snails.  Considering  that  schistosomiasis  infects  about  200 million  people, especially in developing countries (50)  with debilitating effects on about 20 million of  them  (9)  and  it  commonly  affects  ecotourists  (42,  50),  it  seems  that  prevention  of  pollution  with  nutrients  and  pesticides  should  be  a  component  of  disease  prevention.  Perhaps  a  more  expansive  ‘One  Health’  and  ‘One  Toxicology’  approach  may  help  protect  frogs,  humans  and  other  species  that  endure  the  impacts of trematode infections. 

Concluding remarks  Toxicology  is  an  extraordinarily  complex  endeavour,  but  it  is  only  one  component  of  ‘One  Health’.  Even  more  challenging  perhaps  than  ‘One  Toxicology’  are  ‘Ecosystem  Health’  and  ‘One  Health’.  ‘One  Health’  professionals  must  recognise  the  need  for  recovery  of  depleted biodiversity if ecosystems are to offer  a  better  quality  of  life  for  human  beings  and  less suffering of domestic and wild animals for  the  long  term.  Controlling  and  preventing  unwarranted  contamination  of  the  environ‐ ment is therefore a central component of ‘One  Health’.  Interfacing  with  the  public  so  that  they  understand  the  complexity  of  current  threats  to  health  and  biodiversity,  including  how  chemicals  can  cause  direct  and  indirect  harm  to  health  and  ecological  sustainability  is  a  part  of  this  endeavour.  If  human  medical,  veterinary  medical,  wildlife  and  ecological  professionals  understand  one  another’s  challenges  and  skill  sets,  and  if  they  work  together to set in motion programmes towards  the synchronous recovery of human, domestic  animal,  wildlife  and  ecosystem  health,  they  may  play  a  central  role  in  sustaining  life  on  Earth. 

References  1.

American Academy for the Advancement of Science (AAAS). 2001. Atlas of population and the environment. AAAS, Washington, DC, 215 pp.

© IZS A&M 2009 

www.izs.it/vet_italiana 

Vol. 45 (1), Vet Ital 

107 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

Val Beasley 

2.

Aulerich R.J., Ringer R.K., Seagran H.L. & Youatt W.G. 1971. Effects of feeding coho salmon and other Great Lakes fish on mink reproduction. Can J Zoology, 49, 611-616.

3.

Bates S.S. 2000. Domoic-acid-producing diatoms: another genus added! J Phycology, 36, 978-985.

4.

Bates S.S., Garrison D.L. & Horner R.A. 1998. Bloom dynamics and physiology of domoic-acidproducing Pseudo-nitzschia species. In Physiological ecology of harmful algal blooms (D.M. Anderson, A.D. Cembella & G.M. Hallegraeff, eds). Springer-Verlag, Heidelberg, 267-292 (https://www.glf.dfo-mpo.gc.ca/dapr-radp/docs/bates_et_al_blooms_asi_chapter_1998.pdf accessed on 20 January 2009).

5.

Beasley V. 1993. Ecotoxicology and ecosystem health: roles for veterinarians; goals of the Envirovet program. J AmVet MedAssoc, 203, 617-628.

6.

Beasley V.R., Faeh S.A., Wikoff B., Eisold J., Nichols D., Cole R., Schotthoefer A.M., Staehle C., Greenwell M. & Brown L.E. 2005. Risk factors and the decline of the northern cricket frog, Acris crepitans: evidence for involvement of herbicides, parasitism, and habitat modifications. In Amphibian declines: the conservation status of United States species (M. Lannoo, ed.). University of California Press, Berkeley, California, 75-86.

7.

Canadian Broadcasting System 2002. Beluga whales have unusually high cancer rate: study. (www.cbc.ca/health/story/2002/02/26/beluga020226.html accessed on 28 February 2009).

8.

Carson R. 1962. Silent Spring. Houghton Mifflin, Boston, 368 pp.

9.

Chitsulo L., Engels D., Montresor A. & Savioli L. 2000. The global status of schistosomiasis and its control. Acta Trop, 77, 41-51.

10. Chivian E. & Bernstein A. 2008. Sustaining life, how human health depends on biodiversity. Oxford University Press, New York, 568 pp. 11. Colborn T.E., Davidson A., Green S.N., Hodge R.A., Jackson C.I. & Liroff R.A. 1990. Great Lakes, Great Legacy? The Conservation Foundation and the Institute for Research on Public Policy, Washington DC and Ottawa, Ontario, 301 pp. 12. Colborn T., Dumanoski D. & Meyers J.P. 1996. Our stolen future: how we are threatening our fertility, intelligence and survival. Dutton, Penguin Books, New York, 336 pp. 13. Costanza R., d’Arge R., de Groot R., Farberk S., Grasso M., Hannon B., Limburg K., Naeem S., O’Neill R.V., Paruelo J., Raskin R.G., Suttonkk P. & van den Belt M. 1997. The value of the world’s ecosystem services and natural capital. Nature, 387, 253-260. 14. De Guise S., Lagacé A. & Béland P. 1994. Tumors in St Lawrence beluga whales (Delphinapterus leucas). Vet Pathol, 31, 444-449. 15. Dybas C.L. 2003. Harmful algal blooms: biosensors provide new ways of detecting and monitoring growing threat in coastal waters. BioScience, 53 (10), 918-923. 16. Fairbrother A. 2002. Risk assessment: lessons learned. Environ Toxicology Chem, 21, 2261-2263. 17. Foth H. & Hayes A.W. 2008. Background of REACH in EU regulations on evaluation of chemicals. Hum Exp Toxicol, 27, 443-461. 18. Grifo F. & Rosenthal J. 1997. Biodiversity and human health, 1st Ed. Island Press, Washington, DC, 379 pp. 19. Johnson P.T., Lunde K.B., Ritchie E.G. & Launer A.E. 1999. The effect of trematode infection on amphibian limb development and survivorship. Science, 284, 802-804. 20. Johnson P.T., Chase J.M., Dosch K.L., Hartson R.B., Gross J.A., Larson D.L., Sutherland D.R. & Carpenter S.R. 2007. Aquatic eutrophication promotes pathogenic infection in amphibians. Proc Natl Acad Sci USA, 104, 15781-15786. 21. Kriebel D. & Tickner J. 2001. Reenergizing public health through precaution. Am J Public Health, 91, 1351-1361. 22. Lannoo M. 2008. Malformed frogs: the collapse of aquatic ecosystems. University of California Press. Berkeley, 288 pp. 23. Lear L. 2000. Rachel Carson biography. Rachel Carson Homestead Association, Springdale, Pennsylvania (www.rachelcarsonhomestead.org/Default.aspx?tabid=97 accessed on 28 February 2009). 24. McKenzie V.J. & Townsend A.R. 2007. Parasitic and infectious disease responses to changing global nutrient cycles. EcoHealth, 4, 384-396.

108

Vol. 45 (1), Vet Ital 

www.izs.it/vet_italiana 

© IZS A&M 2009 

Val Beasley 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

25. Martineau D., De Guise S., Fournier M., Shugart L., Girard C., Lagace A. & Beland P. 1994. Pathology and toxicology of beluga whales from the St Lawrence Estuary, Quebec, Canada: past, present future. Sci Total Environ, 154 (2-3), 201-215. 26. Martineau D., Lemberger K., Dallaire A., Labelle P., Lipscomb T.P., Michel P. & Mikaelian I. 2002. Cancer in wildlife, a case study: beluga from the St Lawrence estuary, Québec, Canada. Environ Health Perspect, 110, 285-292. 27. Maruyama S. 1996. Responses to Minamata disease. In The long road to recovery: community responses to industrial disaster (J.K. Mitchell, ed.). The United Nations University Press, New York, 41-59 (books.google.com/books?hl=en&lr=&id=sIWGSgjWLd4C&oi=fnd&pg=PA41&dq=%22Maruyama%22 +%22Responses+to+minamata+disease%22+&ots=l9mCudWo12&sig=I0i9hna9gVxH75RN3uRKwph1d 2Y#PPA50,M1 accessed on 28 February 2009). 28. Mikaelian I., de Lafontaine, Y., Harshbarger J.C., Lee L.L.J. & Martineau D. 2002. Health of lake whitefish (Coregonus clupeaformis) with elevated tissue levels of environmental contaminants. Environ Toxicol Chem, 21, 532-541. 29. Ministry of the Environment (MoE), Government of Japan 2002. Minimata disease, the history and measures. MoE, Tokyo (www.env.go.jp/en/chemi/hs/minamata2002/index.html accessed on 27 February 2009). 30. Mos L. 2001. Domoic acid: a fascinating marine toxin. Environ Toxicol Pharmacol, 9, 79-85. 31. National Institute for Minamata Disease 2008. Minamata disease archives. Minamata City Kumamoto (www.nimd.go.jp/archives/english/index.html accessed on 10 February 2009). 32. Pimm S.L. & Brooks T.M. 1997. The sixth extinction: how large, where, and when. In Nature and human society, the quest for a sustainable world (P.H. Raven, ed.). The National Academies Press, Washington, DC, 46-62. 33. Pitot H.C. III & Dragan Y.P. 2001. Chemical carcinogenesis. In Casarette & Doull’s Toxicology, the basic science of poisons, 6th Ed. (C.D. Klaassen, ed.) McGraw Hill, New York, 241-319. 34. Poirier M.C. 2004. Chemical-induced DNA damage and human cancer risk. Nat Rev Cancer, 4, 630637. 35. Rabinowitz P.M., Gordon Z., Holmes R., Taylor B., Wilcox M., Chudnov D., Nadkarni P. & Dein F.J. 2005. Animals as sentinels of human environmental health hazards: an evidence-based analysis. EcoHealth, 2, 26-37. 36. Rapport D.J., Thorpe C. & Regier H.A. 1979. Ecosystem medicine. Bull Ecol Soc Am, 60, 180-182. 37. Rapport D.J., Böhm G., Buckingham D., Cairns Jr J., Costanza R., Karr J.R., de Kruijf H.A.M., Levins R., McMichael A.J., Nielson N.O. & Winthrop W.G. 1999. Ecosystem health: the concept, the ISEH, and the important tasks ahead. Ecosystem Health, 5, 82-90. 38. Rapport D. & Lee V. 2004. Ecosystem health: coming of age in professional curriculum. EcoHealth, 1 (Suppl. 1): 8-11. 39. Raven P.H. 2002. Presidential address. Science, sustainability, and the human prospect. Science, 297, 954-958. 40. Rohr J.R., Schotthoefer A.M., Raffel T.R., Carrick H.J., Halstead N., Hoverman J.T., Johnson C.M., Johnson L.B., Lieske C., Piwoni M.D., Schoff P.K. & Beasley V.R. 2008. Agrochemicals increase trematode infections in a declining amphibian species. Nature, 455, 1235-1239. 41. Ross P.S. 2006. Fireproof killer whales (Orcinus orca): flame retardant chemicals and the conservation imperative in the charismatic icon of British Columbia, Canada. Canadian J Fish Aq Sci, 63, 224-234. 42. Ross A.G.P., Bartley P.B., Sleigh A.C., Olds G.R., Li Y., Williams G.M. & McManus D.P. 2002. Schistosomiasis. N Engl J Med, 346 (16): 1212-1220. 43. Schaeffer D.J. & Novak E.W. 1988. Integrating epidemiology and epizootiology information in ecotoxicology studies. III. Ecosystem health. Ecotoxicol Environ Saf, 16, 232-241. 44. Schotthoefer A.M., Koehler A.V., Meteyer C.U. & Cole R.A. 2003. Influence of Ribeiroia ondatrae (Trematoda: Digenea) infection on limb development and survival of northern leopard frogs (Rana pipiens): effects of host stage and parasite-exposure level. Can J Zool, 81, 1144-1153. 45. Schotthoefer A.M., Labak K.M. & Beasley V.R. 2007. Ribeiroia ondatrae cercariae are consumed by aquatic invertebrate predators. J Parasitol, 93, 1240-1243. 46. Scialli A.R. 2008. The challenge of reproductive and developmental toxicology under REACH. Regul Toxicol Pharmacol, 51, 244-250.

© IZS A&M 2009 

www.izs.it/vet_italiana 

Vol. 45 (1), Vet Ital 

109 

‘One Toxicology’, ‘Ecosystem Health’ and ‘One Health’ 

Val Beasley 

47. Shugart L. & Theodorakis C. 1998. New trends in biological monitoring: application of biomarkers to genetic ecotoxicology. Biotherapy, 11, 119-127. 48. Souder W. 2000. A plague of frogs: the horrifying true story. Hyperion. New York, 304 pp. 49. University of Montreal 2008. Saint Lawrence Belugas Program. Département de biomédecine vétérinaire, Faculté de médecine vétérinaire, University of Montreall, Montreal (www.med vet.umontreal.ca/pathologie_microbiologie/beluga/anglais/reportages_ang.asp accessed on 25 February 2009). 50. World Health Organization (WHO) 2006. Scientific Working Group Report on schistosomiasis, 14-16 November 2005. WHO, Geneva, TDR/SWG/07, 114 pp (whqlibdoc.who.int/hq/2006/TDR_SWG_ 07_eng.pdf accessed on 28 February 2009). 51. Wright J.L. 1998. Domoic acid – ten years after. Nat Toxins, 6, 91-92.

110

Vol. 45 (1), Vet Ital 

www.izs.it/vet_italiana 

© IZS A&M 2009